JP2012069572A - 発光モジュール、バックライト装置および表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】青色発光素子と緑色発光素子と赤色発光蛍光体とを組み合わせた発光モジュールであって、青色発光素子の発光スペクトルのピーク波長が445nm以上460nm以下の範囲内にあり、その半値幅が15nm以上35nm以下の範囲内にあり、その色度がxy色度座標上で(0.16111、0.01379)(0.15664、0.01771)(0.15099、0.02274)(0.14396、0.0297)(0.1355、0.03988)(0.12412、0.0578)(0.1096、0.08684)(0.14、0.08)(0.15、0.06)を結ぶ範囲内b1にある。緑色発光素子の発光スペクトルのピーク波長が515nm以上535nm以下の範囲内にあり、その半値幅が25nm以上40nm以下の範囲内にある。赤色発光蛍光体の発光スペクトルのピーク波長が620nm以上660nm以下の範囲内にあり、その半値幅が50nm以上100nm以下の範囲内にある。
【選択図】図3
Description
すなわち、単純に先行文献のごとく、青色LED(青色LEDベアチップ)、緑色LED(緑色LEDベアチップ)、赤色発光蛍光体(粉体材料)各々の色度範囲を決定しても、それを組み合わせた光源の光色を設定しなければ、色再現範囲の最適化には至らないというおそれがある。
すなわち、本発明に係る発光モジュールは、青色発光素子と緑色発光素子と赤色発光蛍光体とを組み合わせた発光モジュールであって、前記青色発光素子の発光スペクトルのピーク波長が445nm以上460nm以下、その半値幅が15nm以上35nm以下、その色度がxy色度座標上で(0.16111、0.01379)(0.15664、0.01771)(0.15099、0.02274)(0.14396、0.0297)(0.1355、0.03988)(0.12412、0.0578)(0.1096、0.08684)(0.14、0.08)(0.15、0.06)を結ぶ範囲内にあり、前記緑色発光素子の発光スペクトルのピーク波長が515nm以上535nm以下、その半値幅が25nm以上40nm以下であり、前記赤色発光蛍光体の発光スペクトルのピーク波長が620nm以上660nm以下、その半値幅が50nm以上100nm以下である。
本発明に係る表示装置は、上記バックライト装置を備える。
<構成>
図1は、本発明の実施形態に係る表示装置の構成の一例を示す概略図である。
発光モジュール5は、基台17、外部リード18、青色発光素子としての青色LED19、緑色発光素子としての緑色LED20、透光性樹脂21および赤色発光蛍光体22から構成されている。赤色発光蛍光体22は、シリコーン樹脂等の透光性樹脂21中に分散されている。青色LED19から出射された青色光の一部、および、緑色LED20から出射された緑色光の一部は、赤色発光蛍光体22により赤色光に変換される。その結果、発光モジュール5からは、青色光、緑色光および赤色光の混色光が出射される。なお、青色LED19は2本の外部リード18に接続され、緑色LED20は別の2本の外部リード18に接続されている。青色LED19および緑色LED20に流される電流の大きさは個別に制御される。これにより、それぞれの発光強度が個別に制御される。
<R,G,B各色の発光特性>
青色LED19の発光スペクトルのピーク波長は、445nm以上460nm以下の範囲内にあり、その半値幅が15nm以上35nm以下の範囲内にある。また、青色LED19の色度はxy色度座標上で(0.16111、0.01379)(0.15664、0.01771)(0.15099、0.02274)(0.14396、0.0297)(0.1355、0.03988)(0.12412、0.0578)(0.1096、0.08684)(0.14、0.08)(0.15、0.06)を結ぶ範囲内にある(図3の符号b1参照)。このようなLEDとしては、例えば、窒化ガリウム系のLEDが挙げられる。
Ca−α−SiAlON:Eu、Cax(Si,Al)12(O,N)16:Eu、CaAlSiN3:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、Sr2Si5N8:Eu、CaSiN2:Eu、(Ca,Sr)2Si5N8:Eu、Sr2(Si,Al)5(N,O)8:Eu、Y2O2S:Eu、Gd2O2S:Eu、CaS:Eu、La2O2S:Eu、LiEuW2O8、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn。
なお、蛍光体の発光スペクトルのピークはブロードであり、ピーク波長が複数現れることもある。また、上記例示品を含め、複数の蛍光体を混合して使用してもよい。その場合には、いずれかのピーク波長が上記の範囲内にあればよいものとする。
<R,G,Bの混色光の色度>
発光モジュール5から出射される混色光の色度は、青色光、緑色光および赤色光の光束比により定まる。光束比は、LEDに流す電流の大きさ、蛍光体の分散量などの各種のパラメータにより定まる。すなわち、これらのパラメータを調整することにより任意の色度の混色光を作り出すことができる。
x≧0.20 ・・・(1)
y≦0.21 ・・・(2)
y≧0.75x−0.097 ・・・(3)
これらの関係式を満たすことにより、表示装置1のDCI(Digital Cinema Initiative)色域面積比を高めることができる。DCI色域面積比は、表示装置の色再現性を評価する指標のひとつであり、式(4)により求められる。
ここで、S1は、表示装置のR,G,B各色の色度をu’v’色度座標上にプロットしてできる三角形の面積であり、S2は、DCI規格で定められたR,G,B各色の色度をu’v’色度座標にプロットしてできる三角形の面積である。これから明らかなように、DCI色域面積比が高いほど、概ね、表示装置の色再現性が優れていると言える。上記の関係式(1)〜(3)の根拠については、後に詳細に説明する。
ここで、S3は、表示装置のR,G,B各色の色度をu’v’色度座標上にプロットしてできる三角形とDCI規格で定められたR,G,B各色の色度をu’v’色度座標にプロットしてできる三角形とが重複した領域の面積である。S2は、DCI規格で定められたR,G,B各色の色度をu’v’色度座標にプロットしてできる三角形の面積である。これから明らかなように、DCIカバー率が高いほど、DCI規格で定められた色度範囲の実現性が高いと言える。上記の混色光の色度範囲の根拠については、後に詳細に説明する。
<シミュレーション>
発明者らはシミュレーションを実施することにより、上記関係式(1)〜(3)を満たせばDCI色域面積比を高められること、上記混色光の色度範囲を満たすことによりDCIカバー率を高められることを明らかにした。以下、実施したシミュレーションについて説明する。
(実施例1)
青色LED:ピーク波長450nm、半値幅20nm、色度(0.1549、0.0253)
緑色LED:ピーク波長520nm、半値幅30nm、色度(0.161、0.7047)
赤色発光蛍光体:ピーク波長645nm、半値幅90nm、色度(0.6561、0.343)
(実施例2)
青色LED:ピーク波長450nm、半値幅20nm、色度(0.1541、0.0238)
緑色LED:ピーク波長525nm、半値幅35nm、色度(0.2029、0.704)
赤色発光蛍光体:ピーク波長645nm、半値幅90nm、色度(0.6561、0.343)
本シミュレーションでは、混色光の色度のx値を0.18、0.20、0.22、0.24、0.25、0.26、0.28、0.29、0.30、0.32、0.33、0.34、0.36、0.38、0.40、0.42、0.44、0.46の範囲で変化させ、y値を0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27の範囲で変化させた。つまり、x値が18種類、y値が21種類の合計378種類のバリエーションで色度を変化させている。
(a)R,G,B各単体での発光のスペクトルを特定する。これは、青色LED、緑色LEDおよび赤色発光蛍光体のそれぞれの発光スペクトルを実測することとしてもよいし、カタログ等から得ることとしてもよい。
(b)R,G,B各単色光のスペクトルと三刺激値とからR,G,B各単色光の色度を算出する。
(c)混色光の色度のバリエーションの中から、目標色度をひとつ選択する。
(d)R,G,B各単色光の色度と目標色度とを用いて、目標色度を実現するためのR,G,B各単色光の光束比を算出する。
(e)R,G,B各単色光のスペクトルを、R,G,B各単色光の光束比で重み付けをして足し合わせることにより、目標色度を実現するための発光スペクトルを得る。
図4,5に、シミュレーションにより得られた発光スペクトルの一例を示す。図4は、実施例1の発光モジュールにおいてx値を0.26とし、y値を0.13から0.20まで変化させたときの各色度の発光スペクトルであり、図5は、実施例2の発光モジュールにおいてx値を0.26とし、y値を0.13から0.20まで変化させたときの各色度の発光スペクトルである。
(f)液晶パネル装置のR,G,B各色の分光透過率を特定する。これは、青色、緑色および赤色のカラーフィルタのそれぞれの分光透過率を実測することとしてもよいし、カタログから得ることとしてもよい。
(g)混色光の発光スペクトルを混色と誤差補正により導出し、液晶パネル装置のR,G,B各色の分光透過率とを用いて、液晶パネル装置透過後のR,G,B各色のスペクトルを算出する。
(h)液晶パネル装置透過後のR,G,B各色のスペクトルから、R,G,B各色のu’v’色度を算出する。
(i)ステップ(h)で得られたR,G,B各色の色度をu’v’色度座標上にプロットしてできる三角形の面積を算出する。これが、式(4)のS1に相当する。
(j)DCI規格で定められたR,G,B各色の色度をu’v’色度座標上にプロットしてできる三角形の面積を算出する。これが、式(4)のS2に相当する。
(k)DCI色域面積比を、式(4)を用いて算出する。
図7,8に、シミュレーションにより得られたDCI色域面積比を示す。図7は、実施例1の発光モジュールのDCI色域面積比をxy色度座標上にプロットしたものであり、図8は、実施例2の発光モジュールのDCI色域面積比をxy色度座標上にプロットしたものである。また、図9,10は、実施例1,2のDCI色域面積比のデータである。図7,8中、B,G,Rは、それぞれ青色LED、緑色LEDおよび赤色発光蛍光体の色度である。この三角形は、表示装置が再現可能な色度の理論上の限界を示している。
x≧0.20 ・・・(1)
y≦0.21 ・・・(2)
y≧0.75x−0.097 ・・・(3)
これらによれば、発光モジュールから出射される混色光の色度が関係式(1)〜(3)を満たすことにより、DCI色域面積比が概ね90%以上まで高められることが分かる。この関係式(1)〜(3)を満たす範囲は、従来の技術常識では想定できないものである。従来の技術常識では、表示装置の色再現性を高めるには、発光モジュールから出射される混色光の色度を白色の色度(0.333、0.333)に近づけることが望ましいと理解されているからである。本シミュレーションによりこのような構成ではxy色度座標上で下方に、混色光の色度を設定するほど表示装置の色再現性を高められるという傾向(図7,8参照)が判明し、それに基づいて関係式(1)〜(3)の範囲であればDCI色域面積比を高められることが明らかとなった。
(l)ステップ(h)で得られたR,G,B各色の色度をu’v’色度座標上にプロットする。
(m)DCI規格で定められたR,G,B各色の色度をu’v’色度座標上にプロットする。
(n)ステップ(l)でプロットしてできた三角形とステップ(m)でプロットしてできた三角形とが重複する範囲の面積を評価する。
図15,16:実施例1、x=0.26、y=0.07〜0.30
図17,18:実施例1、x=0.22、y=0.07〜0.30
図19,20:実施例2、x=0.30、y=0.07〜0.30
図21,22:実施例2、x=0.26、y=0.07〜0.30
図23,24:実施例2、x=0.22、y=0.07〜0.30
図中、実線で描かれた三角形がステップ(l)により得られた三角形であり、破線で描かれた三角形がステップ(m)により得られた三角形である。これらの実線の三角形と破線の三角形とが重複する面積が広いほど、DCIカバー率が高いことになる。
また、本発明によれば、例えば、供給電流比率を青色LEDと緑色LEDで変化させることで、各々のLED間の発光バランスを意図的に変化させ、色再現を可変させることも可能である。
<変形例>
以上、本発明を実施形態に沿って説明したが、本発明はこの実施形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
(1)実施形態では、直下型のバックライト装置を開示しているが、本発明は、これに限らず、エッジライト型のバックライト装置としてもよい。
(2)実施形態では、青色LEDおよび緑色LEDを1個ずつ含む発光モジュールを開示しているが、本発明は、これに限らない。例えば、青色LEDおよび緑色LEDを複数個ずつ含む発光モジュールでもよい。図27に、発光モジュールの変形例として、基台17に青色LED19および緑色LED20が7個ずつ実装された発光モジュール5aを示す。
(3)光学シート類の構成は多様なバリエーションが存在する。本発明は、実施形態の構成に限られない。
2 バックライト装置
3 液晶パネル装置
4 筐体
5 光源
5、5a 発光モジュール
6 拡散シート
7,16 偏光板
8 TFT基板
9,13 電極
10,12 配光膜
11 液晶層
14 カラーフィルタ
15 ガラス基板
16 偏光板
17 基台
18 外部リード
19 青色LED
20 緑色LED
21 透光性樹脂
22 赤色発光蛍光体
Claims (9)
- 青色発光素子と緑色発光素子と赤色発光蛍光体とを組み合わせた発光モジュールであって、
前記青色発光素子の発光スペクトルのピーク波長が445nm以上460nm以下の範囲内にあり、その半値幅が15nm以上35nm以下の範囲内にあり、その色度がxy色度座標上で(0.16111、0.01379)(0.15664、0.01771)(0.15099、0.02274)(0.14396、0.0297)(0.1355、0.03988)(0.12412、0.0578)(0.1096、0.08684)(0.14、0.08)(0.15、0.06)を結ぶ範囲内にあり、
前記緑色発光素子の発光スペクトルのピーク波長が515nm以上535nm以下の範囲内にあり、その半値幅が25nm以上40nm以下の範囲内にあり、
前記赤色発光蛍光体の発光スペクトルのピーク波長が620nm以上660nm以下の範囲内にあり、その半値幅が50nm以上100nm以下の範囲内にあること
を特徴とする発光モジュール。 - 前記青色発光素子、前記緑色発光素子および前記赤色発光蛍光体の混色光の色度がxy色度座標上で、
x≧0.20
y≦0.21
y≧0.75x−0.097
を満たすことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記青色発光素子、前記緑色発光素子および前記赤色発光蛍光体の混色光の色度がxy色度座標上で、(0.22、0.17)、(0.26、0.21)、(0.30、0.21)、(0.30、0.17)、(0.26、0.13)、(0.22、0.10)を結ぶ範囲内にあること
を特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記緑色発光素子の色度がxy色度座標上で、(0.03885、0.81202)、(0.0743、0.8338)、(0.15472、0.80586)、(0.22962、0.75433)、(0.3016、0.69231)、(0.33736、0.65885)、(0.33736、0.6)、(0.03885、0.6)を結ぶ範囲内にあること
を特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記赤色発光蛍光体の色度がxy色度座標上で、(0.62704、0.37249)、(0.627104、0.342896)、(0.72997、0.24003)、(0.72997、0.27003)を結ぶ範囲内にあること
を特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記緑色発光素子の発光スペクトルのピーク強度が、前記赤色発光蛍光体の発光スペクトルのピーク強度のプラスマイナス20%の範囲内にあること
を特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記青色発光素子と前記緑色発光素子の発光スペクトルのピーク強度が、前記青色発光素子に対して前記緑色発光素子が1/2を下回ること
を特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 請求項1に記載の発光モジュールを備えたバックライト装置。
- 請求項8に記載のバックライト装置を備えた表示装置。
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